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Onde di gravità sopra i cieli dell'Antartide

SCIENZEFISICAOnde di gravità sopra i cieli dell'Antartide

Le origini delle misteriose increspature chiamate onde gravitazionali sopra i cieli dell'Antartide sono state scoperte per la prima volta

Gli scienziati hanno rilevato onde gravitazionali sopra dell'Antartide cieli dell'anno 2016. Onde gravitazionali, precedentemente sconosciuti, sono caratteristici di grandi increspature che spazzano continuamente l'atmosfera superiore dell'Antartico in una durata di 3-10 ore. È noto che queste onde si verificano frequentemente propagandosi attraverso l'atmosfera terrestre e anche che tendono a scomparire dopo periodi di tempo. Tuttavia, al di sopra dell'Antartide queste onde sono molto persistenti come si è visto nelle osservazioni periodiche degli scienziati. Queste sono state chiamate "onde gravitazionali" perché sono state formate principalmente dalla forza della terra gravità e la sua rotazione e si estendevano per 3000 chilometri nello strato della mesosfera. Gli strati principali dell'atmosfera terrestre sono la troposfera, la stratosfera, la mesosfera e la termosfera, essendo lo strato più in alto. A quel punto, nel 2016, i ricercatori non erano ancora in grado di comprendere l'origine di queste onde. È tuttavia fondamentale individuare le origini delle onde gravitazionali in modo da comprendere le connessioni tra i diversi strati dell'atmosfera terrestre che potrebbero quindi fornirci preziose informazioni su come circola l'aria intorno al nostro pianeta.

Tracciare le origini delle onde gravitazionali

In uno studio pubblicato Journal of Geophysical Research, lo stesso gruppo di ricercatori ha combinato le proprie osservazioni in tempo reale con informazioni e modelli teorici per generare indizi sulle onde gravitazionali1. Hanno proposto due possibili spiegazioni per le probabili origini (come e dove si sono formate) di queste onde gravitazionali "persistenti". La prima proposta è che queste onde abbiano origine da onde più piccole di livello inferiore nel livello atmosferico al di sotto della mesosfera, cioè la stratosfera (30 miglia sopra la superficie terrestre). I venti che scendono dalle montagne forniscono una spinta a queste onde gravitazionali di livello inferiore facendole diventare più grandi e le onde alla fine si spostano più in alto nell'atmosfera. Una volta che le onde gravitazionali raggiungono la fine della stratosfera, si rompono e si eccitano come increspature in un oceano generando così onde più grandi con una lunghezza orizzontale fino a 2000 chilometri (mentre le onde inferiori più piccole si trovano a 400 miglia) e si estendono ampiamente nella mesosfera. Questo particolare mezzo di formazione può essere definito come "generazione di onde secondarie". Gli autori hanno osservato che le onde secondarie si formano in inverno in modo più persistente rispetto ad altre volte e quindi si suppone che si verifichino a latitudini medio-alte in entrambi gli emisferi. Una seconda possibilità alternativa suggerita dai ricercatori è che le onde gravitazionali provengano dal vortice polare vorticoso. Questo vortice è un'area a bassa pressione che ruota e prende il sopravvento sui cieli dell'Antartide durante l'inverno. Questa forma di vento e tempo circola in inverno intorno al Polo Sud. Tali venti rotanti ad alta velocità possono alterare le onde gravitazionali di basso livello mentre si muovono verso l'alto nell'atmosfera o possono persino generare onde secondarie. Gli autori affermano che uno dei loro suggerimenti sull'origine delle onde gravitazionali potrebbe essere accurato e una conclusione concreta potrebbe richiedere ulteriori ricerche.

Ricerca nel freddo Antartide

Per comprendere le origini utilizzando la prima proposizione, è stata considerata la teoria di Vadas delle onde gravitazionali secondarie insieme a un modello ad alta risoluzione sviluppato dai ricercatori e quindi è stata formulata una teoria. I ricercatori hanno eseguito modelli, simulazioni e calcoli al computer. Hanno anche utilizzato le installazioni del sistema lidar, un metodo di misurazione basato su laser, per il quale sono sopravvissuti a forti venti freddi e temperature sotto lo zero in Antartide. Il Programma Antartico degli Stati Uniti e il programma Antarctica New Zealand li hanno finanziati per un periodo di otto anni in Antartide. Il sistema lidar è molto potente e robusto e ha la capacità di determinare la temperatura e la densità in varie regioni dell'atmosfera. Può registrare con successo le perturbazioni causate dalle onde gravitazionali. La tecnica è molto utile per registrare le regioni dell'atmosfera che sono le più difficili da osservare in altro modo. Lo studio delle onde atmosferiche al Polo Sud è importante per improvvisare modelli climatici e meteorologici che possono essere utilizzati sia per la registrazione in tempo reale che per scopi di ricerca. Anche l'energia e la quantità di moto delle onde gravitazionali possono essere misurate da potenti sistemi lidar.

Questo studio suggerisce che le onde gravitazionali influenzano la circolazione globale dell'aria nell'atmosfera, che quindi influenza le temperature e il movimento delle sostanze chimiche che influenzano il cambiamento climatico. Gli attuali modelli climatici disponibili non tengono completamente conto dell'energia di queste onde. È importante saperne di più sulla stratosfera per comprendere gli effetti sullo strato di ozono che si trova principalmente nella regione inferiore della stratosfera. Una chiara comprensione delle onde gravitazionali, in particolare di come vengono generate le onde secondarie, può aiutarci a migliorare gli attuali modelli di simulazione computazionale. Gli autori riconoscono altre teorie parallele disponibili2 dal 2016 che suggeriscono che le vibrazioni di Ross Ice Shelf in Antartide, causate dalle onde oceaniche, potrebbero essere responsabili della creazione di queste increspature e ondulazioni atmosferiche. L'attuale studio ha contribuito a formare un quadro chiaro del comportamento atmosferico globale, sebbene molti misteri debbano ancora essere affrontati. Una combinazione di osservazioni e modelli al computer può aiutare a svelare molti altri segreti di questo universo.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

1. Xinzhao C et al. 2018. Osservazioni Lidar di onde gravitazionali stratosferiche dal 2011 al 2015 a McMurdo (77.84 ° S, 166.69 ° E), Antartide: Parte II. Densità di energia potenziale, distribuzioni logaritmiche normali e variazioni stagionali. Giornale di ricerca geofisicahttps://doi.org/10.1029/2017JD027386

2. Oleg A et al. 2016. Vibrazioni di risonanza del Ross Ice Shelf e osservazioni di onde atmosferiche persistenti. Giornale di ricerca geofisica: fisica spaziale.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226

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